農薬の精密LC-MS分析用超純水

農薬が環境と人間の健康に与える影響

農薬には、除草剤、殺菌剤、殺虫剤、殺ダニ剤、植物成長調整剤、忌避剤などが含まれる。また、植物以外の用途で害虫や病原体の媒介生物を駆除するための殺生物剤なども農薬に含まれる。これらの物質は環境中に残留し、食物連鎖を通じて生物濃縮され、人間の健康や他の生物に悪影響を及ぼす可能性がある。

数多くの研究により、農薬が非標的生物に及ぼす潜在的な有害影響が明らかになっている。例えば、クロチアニジン、イミダクロプリド、チアメトキサムなどのネオニコチノイド系農薬^1,2は、環境および健康リスクと関連していることが判明したため、2018年にEUにおいて屋外での使用が禁止された。 農薬濃度のモニタリングは、その誤用や環境への影響を抑制し、公衆衛生と安全を確保するために極めて重要である。このことは、2017年にEU加盟15カ国において、卵、卵製品、鶏肉から潜在的に有害な殺虫剤であるフィプロニルが検出された事例によって実証された³。

規制の枠組みと品質管理

農薬規制は国によって異なり、米国で認可されている農薬の4分の1がEUでは禁止されていると報告した研究でも指摘されている。⁴ 本稿では、世界的に最も厳格であると見なされているEUの規制を参照する。

品質管理研究所は、規制に準拠して食品、土壌、水中の農薬を監視している。食品分析に関しては、多くの研究所がEU規則第396/2005号に準拠しており、同規則は食品および飼料中の農薬について認可された最大残留基準値（MRL）を定めている。⁵ 水質分析に関しては、「水枠組み指令（2000/60 EC）」が欧州における主要な法規であり、水政策分野（例：モニタリング、管理、および地下水汚染の防止・対策に関する戦略）における共同体の行動枠組みを定めている。⁶

農薬分析における超純水の役割

農薬分析は、LC-MS（液体クロマトグラフィー-質量分析）およびGC-MS（ガスクロマトグラフィー-質量分析）を用いて行われる。選択される手法は、対象となる分子の物理化学的特性に基づいて決定される。例えば、非極性農薬は、ISO/TS 28581:2012規格に従い、飲料水中の分析においてGC-MSを用いて分析される。⁷ 有機塩素系農薬は、ISO 6468:1996規格に従い、飲料水、地下水、地表水、および廃水においてGC-MSを用いて分析される。⁸ E_FP417.1などの他の方法では、穀物および穀物製品中の農薬、代謝物、および異性体の定性・定量にLC-MSが用いられる。⁹

手法によっては、水はブランク、移動相成分、および／または試料、標準液、および検量線の調製に使用される。したがって、一貫性と結果の信頼性を確保するためには、高品質な水を使用することが不可欠である。特に認定を受けた試験所では、一貫した品質の水を供給し、品質パラメータを積極的に監視・記録する高品質な水処理システムの選定を目指している。これにより、日常的な定量分析、スクリーニング分析、およびトレーサビリティが促進され、信頼性、生産性、および効率性が確保される。

研究：農薬残留物を除去するためのMilli-Q^®水精製システムの評価

研究により、飲料水中に農薬が存在することが示されており^¹⁰、これは試験所の水質浄化システムに供給される水道水に影響を及ぼす可能性があります。分析試験所が分析の信頼性と一貫性を確保するために直面している課題を認識し、当社は、Milli-Q^® 超純水システムが、高性能な浄化技術を採用しているため、農薬で汚染された水にさらされた場合でも、高感度な分析実験に適した水を提供できることを実証する研究を実施しました。

水道水から純水、および水道水から超純水へのシステムが農薬を除去できるかを確認するため、浄化プロセスの2つの段階で2つの異なる試験を実施しました（図1）。 水道水（農薬注入 1）とタンク内の水（農薬注入 2）に、それぞれ 17 種類の農薬（Pestanal^® 分析用標準物質）を約 1 µg/L（ほとんどの^農薬の MRL の約 100 倍11）含む添加溶液を添加しました。 標準液は、アトラジン、アトラジン-デセチル、シアナジン、セブチラジン、シマジン、 シアナジン、セブチルアジン、シマジン、テルブチルアジン、ヘキサジノン、クロルトロロン、ジウロン、イソプロトゥロン、リヌロン、メタベンチアズロン、メトブロムロン、メトキソロン、モノリヌロン、メタザクロール、メトラクロール。なお、本研究ではセブチルアジンは分析対象外であった。 Pestanal^®標準液が選ばれたのは、食品、飲料、および環境試料で一般的に検査され、かつ高毒性化合物として報告されているトリアジン系および尿素系化合物を含有しているためである。

我々は、Milli-Q^® IQ 7シリーズ超純水・純水システムのQ-POD®ディスペンシングポイントに設置されたEDS-Pak®ポリッシャーを使用することにした。このポリッシャーには、いくつかの内分泌かく乱物質（EDs）を含む有機汚染物質を除去することが検証済みの特定の種類の活性炭が含まれている。

水サンプルは、水浄化プロセスの前処理およびポリッシング工程後に採取され、第三者認定試験機関へ送付され、LC-MS/MSによる農薬分析が行われました。分析は、本記事末尾の実験手順セクションに記載された方法に従って実施されました。分析は二重測定で行われました。

結果と考察：純水および超純水中の農薬分析

前処理工程：水道水から純水（タイプ2）への処理

LC-MS/MS分析の結果、前処理段階で得られた純水からは、試験対象の農薬はいずれも定量的に検出されなかった（表1および図2、左側）。LOQは、対象農薬によって0.01～0.05 µg/Lの範囲であった。

農薬は、主に前処理カートリッジ内の活性炭に吸着されたと考えられる。活性炭は多孔質構造を有しており、ファンデルワールス力などの分子間相互作用により分子が吸着される大きな表面積を提供する。さらに、逆浸透半透膜の極めて微細な孔径も、農薬の除去に寄与したと考えられる。

精製工程：純水（タイプ2）から超純水（タイプ1）へ

純水中の農薬濃度は検出限界（LOQ）以下であることが確認されたものの、微量の有機・無機汚染物質を除去し、LC-MS/MSなどの高感度分析に高品質な超純水を使用するためには、精製工程が不可欠である。

多くの研究室では、活性炭、逆浸透、Elix^® EDI から構成されるこのような効率的な水前処理プロセスを備えていない可能性があるため、Milli-Q^® IQ 7 精製システムの精製ステップ（図 1、右側）における技術の組み合わせが、汚染された純水から農薬を効率的に除去できるかどうかも評価しました。 この目的のために、タンクに農薬添加溶液を導入し、スパイク処理したタンク水と、EDS-Pak^® ポリッシャーを通過したばかりの超純水を分析しました。

LC-MS/MS分析の結果、新たに得られた超純水中の各農薬濃度はLOQを下回っていることが示されました（表1および図2、右側）。これらのデータに基づき、Milli-Q^® IQ 7シリーズ水処理システムにおいて純水から超純水を製造する際に用いられる技術の組み合わせにより、本分析条件下において、対象農薬が含まれない超純水が生成されると結論づけました。

農薬分析のための包括的な水処理ソリューション

本研究は、Milli-Q^® IQ 7シリーズ水処理システムに組み込まれた浄化技術 [すなわち Milli-Q^® IQ 7003/7005/7010/7015（水道水→純水→超純水）および Milli-Q^® IQ 7000（純水→超純水））、およびディスペンスポイントでの EDS-Pak^® ポリッシャーにより、困難な条件下でも農薬を効果的に除去できることを実証しています。

Milli-Q^® IQ 7 シリーズシステムから得られる高品質の超純水は、水道水に農薬が含まれている可能性のある地域であっても、重要な分析実験に最適です。 飲料水、果物、野菜、薬用植物、環境試料などの農薬分析を行う品質管理研究所では、分析に使用する超純水に検出可能な量の農薬が含まれていないことを保証するために、ディスペンスポイントに EDS-Pak^® を備えた卓上型 Milli-Q^® IQ システムを安心して利用することができます。

農薬分析を行う科学者や、環境・食品・飲料検査研究所で働く研究者のニーズに応えるため、幅広い水質浄化ソリューションをご用意しています。

実験手順

分析は、第三者認定を受けた試験所（Laboratoire GIRPA、フランス、ボークーゼ）によって実施された。

直接注入法による分析

試料は受領当日に分析された。試料は30秒間手動で均質化され、必要に応じて内部手順に従って希釈された。検量線は0.1～50 µg/Lの範囲で作成された。試料は表2に記載されたパラメータを用いて注入された。

濃縮試料の分析

農薬は、80/20のジクロロメタン／酢酸エチル溶液を用いて3回連続抽出を行った。10 M 水酸化ナトリウム溶液を用いてpHを7に調整し、有機相を回収した。 水相に85%リン酸溶液を加えた。投与量を定量するために抽出トレーサーを混合液に加え、その後、500 mLの溶液中に塩化ナトリウム30 gを加えた。すべての分画を回収し、-18 °Cで機械式フィルターを用いて微量の水分を除去した。 溶液をロータベーパーを用いて濃縮し、その一部を、LC-MS/MS分析用に、超純水／メタノール／酢酸を50/50/0.1（体積比）で混合した溶液（窒素フラックス下で酢酸エチルと置換）に添加した。精度、正確性、および正確性を確保するため、内部標準物質を添加した。表3に、LC-MS/MS分析に使用したパラメータを示す。